煤矿瓦斯抽采新技术---胡千庭

1、煤矿瓦斯抽采煤矿瓦斯抽采新技术新技术 胡千庭胡千庭 重庆大学资源及环境科学学院重庆大学资源及环境科学学院 煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室 2016.07.282016.07.28 05000 瓦 图 一、引言一、引言 二、二、井下瓦斯抽采钻孔施工技术及装备井下瓦斯抽采钻孔施工技术及装备 三、三、井下抽瓦斯提浓增量井下抽瓦斯提浓增量技术技术 四、四、井下水力压裂增渗井下水力压裂增渗技术技术 五、五、地面钻井抽采采动区瓦斯技术地面钻井抽采采动区瓦斯技术 目目 录录 05000 瓦 图 1 1、煤矿瓦斯抽采的意义、煤矿瓦斯抽采的意义 是预防煤矿瓦斯事故的治本之策

2、；是将瓦斯变为资源的重要途径是预防煤矿瓦斯事故的治本之策；是将瓦斯变为资源的重要途径 是减少温室气体排放的重要内容是减少温室气体排放的重要内容 一一、引言、引言 227 315 440 510 645 735 920 1140 1258 1326 1360 2171 1319 1084 778 755 623 533 350348 266 171 0 500 1000 1500 2000 2500 20052006200720082009201020112012201320142015 抽瓦斯量（10Mm3)瓦斯死人数 05000 瓦 图 2 2、煤矿瓦斯抽采存在的主要难题、煤矿瓦斯抽采存在的

3、主要难题 顺顺煤层抽瓦斯钻孔施工深度难以满足高效区域抽采的要求，使得大量采用抽瓦煤层抽瓦斯钻孔施工深度难以满足高效区域抽采的要求，使得大量采用抽瓦 斯专用岩巷，工程成本高、施工时间长、产生大量废渣；斯专用岩巷，工程成本高、施工时间长、产生大量废渣； 缺乏长钻孔轨迹测定技术，使得抽瓦斯难均匀、易留事故隐患；缺乏长钻孔轨迹测定技术，使得抽瓦斯难均匀、易留事故隐患； 井下钻孔施工存在风险，远程（或地面）操控成为趋势和难点；井下钻孔施工存在风险，远程（或地面）操控成为趋势和难点； 井下抽采的瓦斯浓度低，不利于安全抽采与输运，也给资源化利用带来困难；井下抽采的瓦斯浓度低，不利于安全抽采与输运，也给资源化

4、利用带来困难； 煤层透气性低，抽瓦斯效果较差，提高透气性和抽采效果是难题；煤层透气性低，抽瓦斯效果较差，提高透气性和抽采效果是难题； 地面井抽采动区瓦斯效果好，但易受采动破坏，提高其高效服务寿命是难题。地面井抽采动区瓦斯效果好，但易受采动破坏，提高其高效服务寿命是难题。 一一、引言、引言 1 1、适用于中硬较稳定煤岩层的水平定向复合钻进技术适用于中硬较稳定煤岩层的水平定向复合钻进技术 孔底马达带动钻头旋转，钻机带动钻杆和孔底马达旋转，使钻头孔底马达带动钻头旋转，钻机带动钻杆和孔底马达旋转，使钻头在在复合动力驱动复合动力驱动下下旋转旋转； 仅仅孔底马达驱动钻头旋转时孔底马达驱动钻头旋转时实现调斜

5、实现调斜。在寺河煤矿顺煤层定向钻进主孔孔深。在寺河煤矿顺煤层定向钻进主孔孔深达到达到1881 1881 m m， 基本满足了基本满足了f=0.8-6f=0.8-6的的中硬较稳定煤岩层顺层瓦斯抽采钻孔施工中硬较稳定煤岩层顺层瓦斯抽采钻孔施工的要求的要求。 二、二、井下瓦斯抽采钻孔施工技术及井下瓦斯抽采钻孔施工技术及装备装备 整体式钻机适用于大断面空间整体式钻机适用于大断面空间 复合钻进原理复合钻进原理 技术发展方向：减少岩巷工程，以钻孔代替巷道，减少井下作业人员减少岩巷工程，以钻孔代替巷道，减少井下作业人员 l技术特点技术特点： l钻机钻机具有适应于不同施工空间条件的具有适应于不同施工空间条件的

6、大功率整体式和分体式结构大功率整体式和分体式结构；最大；最大输出转矩输出转矩 12000Nm12000Nm，能满足不同规格钻具孔口回转、孔底马达回转和复合驱动三，能满足不同规格钻具孔口回转、孔底马达回转和复合驱动三种种定向定向钻进钻进工工 艺的要求艺的要求。 二、二、井下瓦斯抽采钻孔施工技术及井下瓦斯抽采钻孔施工技术及装备装备 l 配备配备孔外供电孔外供电的高可靠随的高可靠随 钻测斜钻测斜实现随钻测轨迹实现随钻测轨迹。 分体式钻机适用于小断面空间分体式钻机适用于小断面空间 多分支钻孔多分支钻孔 l 可从主孔钻进许多可从主孔钻进许多分支钻孔分支钻孔，扩大钻孔控制范围，扩大钻孔控制范围。 l 提高

7、提高孔底钻具孔底钻具切削速度切削速度，中硬煤，中硬煤层层综合综合钻进效率钻进效率较滑动钻进较滑动钻进提高提高10%10%，顶板，顶板岩层岩层提高提高 50%50%。 钻孔钻孔轨迹平滑轨迹平滑，钻进过程中，钻进过程中钻具阻力小，钻机系统压力小钻具阻力小，钻机系统压力小。 应用途径：应用途径：尽可能减少岩巷工程，减少矸尽可能减少岩巷工程，减少矸 石外排、缓解接替关系、降低工程成本。石外排、缓解接替关系、降低工程成本。 走向走向多多分枝定向水平长分枝定向水平长钻钻 孔孔，可用于煤巷条带或采，可用于煤巷条带或采 煤工作面大面积预抽煤层煤工作面大面积预抽煤层 瓦斯。瓦斯。 淮北淮北顶板顶板梳状梳状钻孔钻

8、孔 二、二、井下瓦斯抽采钻孔施工技术及井下瓦斯抽采钻孔施工技术及装备装备 晋城晋城 递进递进 式预式预 抽本抽本 煤层煤层 瓦斯瓦斯 寺河寺河 矿顶矿顶 板板水水 平长平长 钻孔钻孔 2 2、适宜于松软突出煤岩层钻孔施工适宜于松软突出煤岩层钻孔施工的的高转速高转速异异形钻杆压风排渣钻孔技术形钻杆压风排渣钻孔技术 l问题：问题：对对f0.8f0.8、尤其是、尤其是f0.5f30m； 3.标注尺寸的管段必须保持直线型管段； 4.抽放泵基座高度一般2030cm,上部安设减震垫， 基座长宽尺寸根据具体抽放泵型号确定； 5.泄爆器与水环真空泵之间的管路按0.5/m的斜度安设； 6.气水分离器与放空管之间

9、的管路按0.5/m的斜度安设； 7.管道上的两个放水龙头安设在管道的正下方； 8.各参量监测孔应按照监测要求按规格焊接在管路上。 避雷塔 喷粉抑爆装置 环境浓度 传感器 环境浓度 传感器 安全抽采设备：水环真空泵、防回火泄爆器、气水分离器、喷粉抑 爆装置、分流管路系统等。 安全监控系统：GD4瓦斯抽放多参数传感器、CO传感器、监控分站 等。 安全运行管理：实时监测、参数超限报警和自动保护停机；安全抽 采参数界限值：CH4报警浓度小于或等于35%、停机浓度小于或等 于30%；O2报警浓度7%、停机浓度9%。 排空或集输排空或集输 泵房泵房 井口井口 27 剪切模式拉伸模式 拉剪综合模式 挤压模式

10、 套管防护装置加工 l 形成了抗剪切及抗拉伸厚壁刚性及柔性综合防护结构的装置。 五、五、地面钻井抽采采动区瓦斯技术地面钻井抽采采动区瓦斯技术 序号井号抽采及井身变形情况序号井号抽采及井身变形情况 1 SHCD-01 畅通，平均抽采量1.35万m3/d，浓度88%。 18CZCD-05 畅通，发生变形，平均抽采量0.6万m3/d，浓度 50% 2 SHCD-02 畅通，平均抽采量0.65万m3/d，浓度64%。 19CZCK-01畅通，平均抽采量0.312万m3/d，浓度44% 3 SHCD-03 畅通，平均抽采量0.45万m3/d，浓度56%。 20CZCK-02畅通，平均抽采量0.342万m

11、3/d，浓度38% 4 SHCD-04 畅通，未接抽。21YCCD-01发生变形，平均抽采量0.32万m3/d，浓度32% 5 SHCD-05 变形较严重，破断 22YCCD-02 畅通，均抽采量0.7万m3/d，浓度75% 6 SHCD-06 畅通，平均抽采量1万m3/d，浓度85% 23YCCD-03畅通，未接抽。 7 SHCD-07 畅通，发生变形,平均抽采量0.41万m3/d，浓度 50%。 24YCCD-04已安装设备，进入采空区，未接管网 8 SHCD-08 破断，地表下沉较严重25YCCD-05破断，有积水。 9 SHCD-09 畅通，平均抽采量0.45万m3/d，浓度71% 2

12、6YCCD-06畅通，平均抽采量1.2万m3/d，浓度51% 10 SHCD-10 畅通，平均抽采量0.64万m3/d，浓度73% 27YCCD-07畅通，变形，平均抽采量0.42万m3/d，浓度37% 11SHCD-11畅通，平均抽采量0.55万m3/d，浓度68% 28YCCD-08畅通，平均抽采量0.73万m3/d，浓度47% 12SHCD-12畅通，平均抽采量0.75万m3/d，浓度70% 29 YCCD-09畅通，未接抽。 13SHCDL- 01 畅通，平均抽采量2.2万m3/d，浓度80% 30YCCD-10畅通，未接抽。 14CZCD-01 停抽，累计抽采量140万m3/d 31

13、YCCD-11畅通，平均抽采量0.96万m3/d，浓度58% 15CZCD-02 畅通，平均抽采量0.68万m3/d，浓度55% 32SHCK-01阻塞严重，未能抽出煤层气。 16CZCD-03畅通，未接抽。33SHCK-02畅通，平均抽采量0.288万m3/d，浓度32% 17CZCD-04 畅通，平均抽采量0.68万m3/d，浓度55% 晋煤共晋煤共施工施工3333口口 采动区地面井采动区地面井， 运行采动区地面运行采动区地面 井井2828口，有口，有4 4口井口井 变形严重不可抽变形严重不可抽 采，采，2424口井均畅口井均畅 通可抽采，采动通可抽采，采动 区地面井抽采成区地面井抽采成

14、功率达功率达85%85%。 五、五、地面钻井抽采采动区瓦斯技术地面钻井抽采采动区瓦斯技术 地面单井抽采纯量最高达3万m3/d左右（平均0.85万m3/d），采气浓度最高达93% （平均75%），单井最大抽采纯量900万m3，单井平均抽采纯量220万m3，提高了煤矿区 煤层气抽采效率。 YCCD-02井抽采数据曲线井抽采数据曲线SHCD-06井抽采数据曲线井抽采数据曲线SHCD-01井抽采数据曲线井抽采数据曲线CZCD-01井抽采数据曲线井抽采数据曲线 五、五、地面钻井抽采采动区瓦斯技术地面钻井抽采采动区瓦斯技术 针对寺河煤矿地质条件特点，在3313工作面设计施工1口顶板“L”型地面井。 抽采气量监测数据抽采气量监测数据 u实现本煤层采动影响区、采空实现本煤层采动影响区、采空 区连续抽采，钻井结构完好；区连续抽采